Diseño y control de calidad del recrecimiento del deposito de relaves explorador

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

FACUL TAO DE INGENIERIA CIVIL

DISEÑO Y CONTROL DE CALIDAD DEL

RECRECIMIENTO DEL DEPÓSITO DE

RELAVES EXPLORADOR

INFORME DE COMPETENCIA PROFESIONAL

Para optar el Título Profesional de:

INGENIERO CIVIL

JUAN JOSÉ FRANCO ZENOZAIN

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACUL TAO DE INGENIERIA CIVIL

ÍNDICE ÍNDICE

LISTA DE FIGURAS LISTA DE TABLAS LISTA DE ANEXOS LISTA DE PLANOS

ÍNDICE RESUMEN

INTRODUCCIÓN l. GENERALIDADES

1 . 1 Objetivos

1.2 Ubicación del proyecto 1.3 Desarrollo del proyecto

11. CARACTERÍSTICAS DE LOS DEPÓSITOS DE RELAVES 2.1 Generalidades

2.2 Características Físicas

2.2.1 Forma de Deposición

2.2.2 Granulometría del Relave Global 2.3 Características Estructurales

2.3.1 Ángulo de Fricción Interna 2.3.2 Permeabilidad

2.3.3 Densidad In Situ 2.4 Características Químicas

2.4.1 Relaves Sólidos

2.4.2 Drenaje Ácido de Relaves 2.5 Tipos de Depósitos de Relaves

2.5.1 Aguas Arriba 2.5.2 Aguas Abajo 2.5.3 Línea Central

111. ANTECEDENTES Y ESTUDIOS BÁSICOS PARA EL RECRECIMIENTO DEL

INDICE

2 5 6 7 8

10 11 13 13 13 14 15 15 15 15 17 17 17 19 19 20 20 20 23 24 24 24

DEPÓSITO DE RELAVES EXPLORADOR 29

3.1 Generalidades 3.2 Antecedentes

DISEÑO Y CONTROL DE CALIDAD DEL RECRECIMIENTO DEL DEPÓSITO DE RELAVES ExPLORAOOR BACH. JUAN JOSÉ FRANCO ZENoZAJN

29 30

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIER{A FACULTAD DE INGENIERIA CNIL

3.3

3.4

3.5

3.2.1 Descripción del Proyecto - Primera Alternativa 3.2.2 Descripción del Proyecto - Segunda Alternativa 3.2.3 Evaluación de Alternativas de Recrecimiento 3.2.4 Criterios de Diseño

Investigaciones de Campo 3.3.1 Topografía

3.3.2 Geología 3.3.3 Geotécnia

Caracterización del Emplazamiento 3.4.1 Geología

3.4.2 Geotécnia 3.4.3 Sismicidad 3.4.4 Clima

3.4.5 Estudio Hidrológico Balance de Agua y Masa 3.5.1 Generalidades

3.5.2 Ingresos y Salidas de Agua

INDICE 31 35 37 38 39 39 40 40 43 44 47 51 51 56 58 58 59 IV. DISEÑO DEL RECRECIMIENTO DEL DEPÓSITO DE RELAVES EXPLORADOR 62

4.1 Generalidades

4.2 Características del Recrecimiento de la Presa Explorador 4.3 Características de las Presas Laterales Nº _{1 y 2}

4.4 Canal Vertedero de Emergencia 4.5 Nueva Instrumentación

4.6 Materiales de Construcción para el Recrecimiento 4.6.1 Material tipo "B"

4.6.2 Material tipo "C" 4.6.3 Capa de Rodadura 4.6.4 Geomembrana 4.6.5 Concreto

4. 7 Análisis de Estabilidad Estática y Pseudo-Estática 4.7.1 Metodología Empleada

4.7.2 Secciones de Análisis

4.7.3 Aceleración Sísmica de Diseño

DISEÑO Y CONTROL DE CALIDAD DEL RECRECIMIENTO DEL DEPóSIT0 DE RELAVES ExPLORADOR BACH. JUAN JOSÉ FRANCO ZENOZAIN

62 63 65 66 67 67 68 68 70 70 70 72 72 72 73

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

4.7.4 Nivel Freático

4.7.5 Propiedades Físicas y Mecánicas de los Materiales 4.7.6 Riesgo de Licuación

4.7.7 Factores de Seguridad Mínimos Permisibles 4.7.8 Resultados de Análisis de la Estabilidad 4.8 Análisis Dinámico Bidimensional de Deformaciones

4.8.1 Acelerograma de Entrada

4.8.2 Propiedades Dinámicas del Material 4.8.3 Modelo de Elementos Finitos

4.8.4 Resultados y Conclusiones 4.9 Estimación del Costo de la Construcción V. CONTROL DE CALIDAD DE LA CONSTRUCCIÓN

5.1 Generalidades 5.2 Metodología

5.3 Control Topográfico

5.4 Control de Calidad de los Materiales de Construcción 5.4.1 Materiales de Relleno Compactado

5.4.2 Canteras de Préstamo 5.4.3 Geomembrana

5.4.4 Concreto

5.5 Mantenimiento y Monitoreo de la Obra

CONCLUSIONES

RECOMENDACIONES

BIBLIOGRAFÍA

ANEXOS

PLANOS

DISEÑO Y CONTROL DE CALIDAD DEL RECRECIMIENTO DEL DEPÓSfTO DE RELAVES 0<PLORADOR BACH. JUAN JOSÉ FRANCO ZENoZAIN

INDICE 73 74 75 76 76 77 77 78 80 80 83 85 85 86 86 87 87 92 93 95 95

96

100

102

103

195

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FAWL TAO DE INGENIERIA CNIL LISTA DE FIGURAS

LISTA DE FIGURAS

Capítulo 11: Características de los Depósitos de Relaves

Figura 2-1 Deposición Hidráulica y Características de Descarga.

Figura 2-2 Ángulo de Fricción de Arenas en Función del valor N de SPT. Figura 2-3 Proceso de Generación e Infiltración de Drenaje Ácido de Mina. Figura 2-4 Tipos de Depósitos de Relave Elevados.

Figura 2-5 Comparación de los Volúmenes de Relleno para los Distintos Tipos de Depósitos de Relave.

11 18 21 25

26

Capítulo 111: Antecedentes y Estudios Básicos para el Recrecimiento del Depósito de Relaves Explorador

Figura 3-1 Huso Granulométrico de los Materiales de Relleno para la Conformación

de la Presa de Arranque Explorador. 35

Figura 3-2 Relación Precipitación Media Anual - Altitud (Periodo 1964-1982). 53 Figura 3-3 Precipitaciones Anuales Estimadas para Años Secos y Húmedos. 54 Figura 3-4 Distribución Mensual de la Precipitación en Explorador

(Precipitación Total Media Anual=1,054.4 mm). 55

Figura 3-5 Distribución Mensual de la Evaporación en la Estación El Pañe

(Evaporación Total Media Anual= 1,324.7 mm). 56

Figura 3-6 Balance de Agua y Masa del Depósito de Relaves Explorador. 61

Capítulo IV: Diseño del Recrecimiento del Depósito de Relaves Explorador

Figura 4-1 Huso Granulométrico de los Materiales de Relleno para el Recrecimiento

del Depósito de Relaves Explorador. 72

Figura 4-2 Zonificación del Coeficiente Sísmico en el Perú (Ruesta et al., 1998). 74

Figura 4-3 Acelerograma Modelo. 78

Figura 4-4 Módulo Cortante de Arenas (Seed e ldriss, 1970). 78 Figura 4-5 Amortiguamiento de Arenas (Seed e ldriss, 1970). 79

Figura 4-6 Módulo Cortante para Gravas (Seed, 1984). 79

Figura 4-7 Amortiguamiento de Gravas (Seed, 1984). 79

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FACUL TAO DE INGENIERIA CIVIL LISTA DE TABLAS

Figura 4-8 Malla de Elementos Finitos.

Figura 4-9 Desplazamiento Máximo en Dirección X. Figura 4-1 O Desplazamiento Máximo en Dirección Y. Figura 4-11 Ubicación del Punto Representativo.

Figura 4-12 Respuesta del Punto Representativo (salida).

LISTA DE TABLAS

Capítulo 11: Características de los Depósitos de Relaves

80 81 81 82 82

Tabla 2-1 Propiedades y Características de Arenas de Relave y Lamas. 22 Tabla 2-2 Resultados del Ensayo Balance Ácido - Base (ABA) de la Muestra de

relave del Depósito Explorador.

Tabla 2-3 Análisis Mineralógico de la Muestra de relave del Depósito de Relaves Explorador.

Tabla 2-4 Incidencias por Tipos de Depósitos.

Tabla 2-5 Causas de Fallas y Accidentes en Depósitos de Tipo Aguas Arriba en el Mundo.

22

23 27

27

Capítulo 111: Antecedentes y Estudios Básicos para el Recrecimiento del Depósito de Relaves Explorador

Tabla 3-1 Resumen de las Elevaciones de la Presa Explorador por Etapas. 34 Tabla 3-2 Calicatas y Trincheras para el Recrecimiento de la Presa Explorador y

Obras Afines. 41

Tabla 3-3 Calicatas y Trincheras de las Canteras de Préstamo para el Recrecimiento

de la Presa Explorador y Obras Afines. 42

Tabla 3-4 Resultados de los Ensayos de Carga Puntual en la Roca. 43

Tabla 3-5 Cuadro Resumen de Canteras Propuestas. 49

Tabla 3-6 Características Geotécnicas de las Canteras. 50

Tabla 3-7 Estaciones Hidrometeorológicas Empleadas. 52

Tabla 3-8 Precipitaciones Máximas Diarias, Caudales Máximos y Escorrentías Máximas.

Capítulo IV: Diseño del Recrecimiento del Depósito de Relaves Explorador

DISEÑO Y CONTROL DE CAUDAD DEL RECRECIMIENTO DEL DEPóSJTO DE RELAVES ExPLORADOR BACH. JUAN JOSÉ FRANCO ZENOZAJN

58

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FACUL TAO DE INGENIERIA CIVIL LISTA DE ANEXOS

Tabla 4-1 Tabla 4-2

Granulometría de los Materiales tipo "B" y "C". Requisitos de los Materiales tipo "B" y "C".

Tabla 4-3 Resumen de Metrados de los Materiales para el Recrecimiento del Depósito.

Tabla 4-4 Tabla 4-5 Tabla 4-6 Tabla 4-7 Tabla 4-8

Propiedades Físicas y Mecánicas de los Materiales. Valores Mínimos Admisibles del Factor de Seguridad. Resumen de los Factores de Seguridad Obtenidos.

Costo de Construcción Estimado por Tonelada de Relave Depositado. Presupuesto Estimado para la Construcción del Recrecimiento del Depósito Explorador.

Capítulo V: Control de Calidad de la Construcción

Tabla 5-1 Tabla 5-2 Tabla 5-3 Tabla 5-4

Ensayos, Frecuencia y Especificación.

Frecuencia de Ensayos Realizados en los Materiales de Relleno. Características de las Canteras Explotadas.

Especificaciones Técnicas de la Geomembrana de HOPE, e=_{1.5 mm}

LISTA DE ANEXOS

Anexo 1 Perfiles Estratigráficos de Sondeos - Zona de Cimentación del Recrecimiento.

Anexo 2 Resultados de Ensayos de Laboratorio.

Anexo 2.1 Zona de Cimentación del Recrecimiento. Anexo 2.2 Material Tipo B.

Anexo 2.3 Material Tipo C.

Anexo 2.4 Ensayos de Carga Puntual. Anexo 3 Estudio Hidrológico.

Anexo 3.1 Registros de Precipitación Total Mensual (mm) - Estaciones: Urayhuma, Antabamba, Chalhuanca y Abancay.

Anexo 3.2 Estimación de la Precipitación Total Mensual (mm) de la

69 69

71 75 76 76 83

84

89 90 92 93

104

112 113 121 127 133 135

136

Cuenca Explorador. 139

Anexo 3.3 Evaporación Total Completada (mm) - Estación El Pañe. 141 Anexo 3.4 Registro Histórico de Precipitación Máxima en 24 horas (mm)

-DISEf;/0 y CONTROL DE CALJOAD DEL RECRECIMIENTO DEL DEP6srro DE RELAVES ExPLORADOR

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FACULTAD DE INGENIERIA CNIL LISTA DE PLANOS

Estación Urayhuma.

Anexo 4 Análisis de Estabilidad Estática y Pseudo-Estática. Anexo 5 Resumen de Ensayos Realizados.

Anexo 5.1 Relleno del Oren con Material Tipo B. Anexo 5.2 Relleno General con Material Tipo C. Anexo 5.3 Geomembrana de HOPE (e=_{1.5 mm).}

Anexo 5.3.1 Certificado de Calidad de Fábrica de la Geomembrana.

Anexo 5.3.2 Control de calidad de la Geomembrana. Anexo 6 Registro Fotográfico.

LISTA DE PLANOS

Ubicación del Proyecto.

Arreglo General - Etapa 1 (Año O) - Primera Alternativa. Arreglo General - Etapa 11 (Año 3) - Primera Alternativa. Arreglo General - Etapa 111 (Año 6) - Primera Alternativa. Presa Explorador - Sección Típica - Primera Alternativa. Topografía Inicial.

Área de Cuenca.

143 145 154 155 161 168

169 171 174

Plano Nº ₁ Plano Nº ₂ Plano Nº ₃ Plano Nº ₄ Plano Nº ₅ Plano Nº ₆ Plano Nº ₇ Plano Nº ₈ Plano Nº ₉ Plano Nº ₁₀ Plano Nº ₁₁ Plano Nº ₁₂ Plano Nº ₁₃

Arreglo General y Ubicación de Sondeos - Planta - Segunda Alternativa. Ubicación de Canteras.

Plano Nº ₁₄

Plano Nº ₁₅ Plano Nº ₁₆ Plano Nº ₁₇ Plano Nº ₁₈ Plano Nº ₁₉ Plano Nº ₂₀

Geología Superficial Inicial - Planta.

Secciones Geológicas y Geotécnicas Iniciales: Presa Explorador. Geología Superficial - Planta.

Secciones Geológicas y Geotécnicas: Presa Explorador - Progresivas: 0+080 - 0+120 - 0+180.

Secciones Geológicas y Geotécnicas: Presas Laterales Nº _{1 y 2 y} Canal Vertedero de Emergencia.

Presa Explorador - Planta.

Presa Explorador - Sección Típica.

Presa Explorador - Secciones Transversales, Progresivas: 0+000 a 0+030. Presa Explorador - Secciones Transversales, Progresivas: 0+040 a 0+090. Presa Explorador - Secciones Transversales, Progresivas: 0+100 a 0+150. Presa Explorador - Secciones Transversales, Progresivas: 0+160 a 0+21 O.

DISEfJo y CONTROL DE CALJDAD DEL RECRECIMIENTO DEL DEPósrro DE RELAVES ExPLORADOR

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FACUL TAO DE INGENIERIA CNIL LISTA DE PLANOS

Plano Nº _{21 Presa Explorador - Secciones Transversales, Progresivas: 0+220 a 0+290.} Plano Nº _{22 Presa Laterales N}º _{1 y 2 - Planta.}

Plano Nº _{23 Presa Lateral N}º _{1 - Secciones Transversales, Progresivas: 0+000 a} 0+49.318.

Plano Nº _{24 Presa Lateral N}º _{2 - Secciones Transversales, Progresivas: 0+000 a} 0+25.247.

Plano Nº _{25 Canal Vertedero de Emergencia - Planta y Detalles.} Plano Nº _{26 Alcantarilla Tipo Marco - Estructuras.}

Plano Nº _{27 Piezómetros de Tubo Abierto y Detalles.} Plano Nº _{28 Instalación de Geomembranas - Planta.}

DISEÑO y CONTROL DE CALJDAD DEL RECRECIMIENTO DEL DEPósrro DE RELAVES ExPLORADOR BACH. JUAN JOSÉ FRANCO ZENOZAIN

A Jehová, por todo.

A mis Padres: Me/anio y Margarita, por darme la vida, su amor y mi educación.

A mis hermanos: César, Celia, Francisco, Tania, María, Rita, Jesús, Guise/a, Yuly, Ke/y y David, por su apoyo, comprensión y cariño.

AGRADECIMIENTOS

Quisiera agradecer primeramente a mis queridos padres, Melanio y Margarita, a quienes debo mi existencia, mi formación como persona y como profesional, ya que sin su apoyo incondicional y permanente hubiese sido más difícil mi camino emprendido.

A mi hermana Celia de manera muy especial, por su dedicación, amor, perseverancia y ayuda incasable, desde mis inicios en mi preparación académica hasta gran parte de mi vida universitaria.

A mis hermanos menores Jesús, Guisela, Yuly, Kely y David, por ser buenos de corazón y por su comprensión en el largo camino de mi formación.

A mis hermanos mayores María, Tania, Rita, César y Francisco, por su conseJo, apoyo moral y cariño.

A mi compañera de toda la vida y la que Dios puso en mi camino, María del Pilar Aguilar Ramos A Sebastián, nuestro adorado hijo, fruto de nuestro amor y gran estímulo para mi vida.

A mis buenos amigos de años y de siempre: Yovana Ballestra, Miguel Chuquitanta y Jorge Carranza, por su amistad y comprensión.

Al Dr. lng. Zenón Aguilar Bardales, por ser mi asesor, guía, gran profesional intachable y ejemplo para muchos jóvenes y profesionales, Dios le bendiga a él y a toda su familia.

Fernandez y Larry; y demás amigos: Gladys Talaverano, Manuel Centurión, Carlos Cabos, Sra. Pilar Handabaca, Sra. Lucha Portal, Pamela Gonzáles y todos en general

A SVS Ingenieros SAC, empresa que me acogió y permitió desarrollarme más como persona y profesional, a los ingenieros: Carlos Soldi, Antonio Samaniego, Edwin Vásquez, Orlando Felix y Ego Maguiña; a mis amigos y colegas: Hugo Cruz Polo, Pavel Oyola, Edward Escudero, Joel Cabrera, Emiliano Maquera, Fabiola Serazo, Juan de Dios Meléndez, Martín Villanueva, Ruth Norhabuena; y a los demás amigos de dicha empresa: Liliana Lozano, Josué Tunki, Neils Alva y Hugo Calixto.

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RESUMEN

RESUMEN

El presente trabajo presenta las actividades a realizar para desarrollar el diseño del recrecimiento de un depósito de relaves, así como también el control de calidad de su construcción. Para ello, se consideró el Depósito de Relaves Explorador, correspondiente a la Unidad Operativa Explorador de la Compañía Minera Ares (CMA), ubicada en el departamento de Apurímac.

Para una mejor visión del informe, se hace una descripción de las características generales de los depósitos de relave, indicando además las características físicas, estructurales y químicas de los relaves y los tipos de depósitos de relaves que existen. Cabe indicar que los relaves depositados en el Depósito Explorador corresponden a los generados por el proceso de flotación.

Para el caso del diseño del recrecimiento del depósito, se evaluó inicialmente dos alternativas de recrecimiento, eligiéndose aquella que técnica y económicamente sea la mejor. Luego, teniendo en cuenta los estudios anteriores y actuales realizados, se propuso el diseño del recrecimiento del depósito, el mismo que debería de asegurar la estabilidad física y química del depósito.

En lo referido a la estabilidad física del depósito, se presentan los resultados del análisis estático, pseudo-estático y dinámico realizado. Este último, analizado para el análisis bidimensional considerando el sismo ocurrido en Moquegua (2001 ), lo cual nos sirve para el cálculo de los desplazamientos luego de ocurrido el sismo.

En lo referido al control de calidad de la obra, se plantea una metodología de trabajo, propia para estos tipos de estructuras, donde se tiene en cuenta principalmente el control topográfico, el control de calidad de los materiales de construcción y el mantenimiento y

monitoreo de obra.

DiSEfJo y CONTROL DE CAUDAD DEL RECRECIMIENTO DEL DEP6srro DE RELAVES ExPLORADOR BACH. JUAN JOSÉ FRANCO ZENoZAIN

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FACUL TAO DE INGENIERIA CNIL INTRODUCCIÓN

INTRODUCCIÓN

Muchos de los depósitos de relaves en el Perú están ubicados en las zonas altas de los Andes, a lo largo de quebradas, o en algunos casos, en cauces principales o tributarios de los ríos más cercanos. La Sierra de nuestro país presenta una alta actividad sísmica, que hace necesaria, que tanto los diseños como las construcciones de los depósitos de relaves se realicen de manera adecuada y acertada con la finalidad de asegurar la estabilidad física y química de estos, antes, durante y después de la etapa de operación del depósito; que se produzca el nulo o mínimo impacto ambiental posible sobre el ecosistema circundante; así como proteger la propiedad privada y la salud y subsistencia de las poblaciones aledañas.

En tal sentido, el presente informe titulado: "DISEÑO Y CONTROL DE CALIDAD DEL

RECRECIMIENTO DEL DEPÓSITO DE RELAVES EXPLORADOR", tiene como

objetivos establecer previamente la mejor alternativa de recrecimiento del depósito mencionado, luego desarrollar todos los estudios correspondientes que garanticen la estabilidad física y química del mismo y finalmente desarrollar una metodología para el control de calidad de su construcción, propia para estas tipos de estructuras.

El recrecimiento del depósito comprende la construcción de cuatro (4) estructuras: Sobre elevación del dique de arranque existente (Presa Explorador), Presas Laterales Nº _{1 y 2 y} un Canal Vertedero de Emergencia; permitiendo estas, la sobre elevación del depósito y el incremento de su capacidad de almacenamiento y vida útil.

En el Capítulo 1, correspondiente a las generalidades, se presenta los objetivos del presente informe, la ubicación del proyecto y la descripción de este último, desde su concepción inicial hasta su recrecimiento final.

En el Capítulo 11, correspondiente a las Características de los Depósitos de Relaves, se hace una descripción de las características generales de los depósitos de relave,

indicando además las características físicas, estructurales y químicas de los relaves y los tipos de depósitos de relaves que existen.

DISEfJo Y CONTROL DE CALJDAD DEL RECRECIMIENTO DEL DEPósrro DE RELAVES ExPLORADOR

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FACULTAD DE INGENIERIA CNIL INTRODUCCIÓN

En el Capítulo 111, correspondiente a los antecedentes y estudios básicos se presenta en resumen los antecedentes del depósito, las dos alternativas de recrecimiento y los estudios preliminares, como son, los estudios geológicos, geotécnicos, hidrológicos, de sismicidad y geoquímicos.

En el Capítulo IV, correspondiente al diseño del recrecimiento, se presenta las características de las estructuras a construirse, la descripción de la nueva instrumentación del depósito y las características de los materiales de construcción para el recrecimiento. Finalmente, se presenta los análisis de estabilidad estático, pseudo­ estático y dinámico, determinándose en este último las deformaciones que se pueden producir en la cresta de la Presa Explorador, ante la ocurrencia de un sismo.

En el Capítulo V, correspondiente al control de calidad de la construcción, se presenta la metodología empleada para ello, la cual consiste en hacer el control topográfico, el control de calidad de los materiales de construcción y el mantenimiento y monitoreo de obra.

Finalmente se presenta las conclusiones y recomendaciones de este informe.

DISE/VO Y CoNTROL DE CALJOAO DEL RECRECIMIENTO DEL DEPÓSITO DE RELAVES ExPLORADOR

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1.1 OBJETIVOS

CAPITULO I: GENERALIDADES

CAPÍTULO 1

GENERALIDADES

Los objetivos principales del presente informe son: realizar el diseño del recrecimiento del Depósito de Relaves Explorador y desarrollar el control de calidad de su construcción.

Dicho recrecimiento comprende la construcción de cuatro (4) estructuras: Sobre elevación del dique de arranque existente (Presa Explorador}, Presas Laterales Nº _{1 y 2 y}

un Canal Vertedero de Emergencia; permitiendo de esta forma, la sobre elevación del depósito y el incremento de su capacidad de almacenamiento y vida útil. Para el diseño, se han desarrollado los estudios geológicos, geotécnicos, sísmicos e hidrológicos correspondientes, además de los análisis de estabilidad y análisis dinámico de deformaciones de las presas. En el control de calidad de la obra, se ha utilizado una metodología que consiste en el control topográfico y el control de calidad de los materiales de construcción, así como la verificación de los procedimientos constructivos más importantes en obra. Adicionalmente, se recomienda algunas medidas de control para el mantenimiento y monitoreo de obra, aplicables luego de concluida esta última.

En consecuencia, es de suma importancia el diseño, la construcción y el control de calidad de toda obra; siendo no ajeno de esto, los depósitos de relaves en el Perú.

1.2 UBICACIÓN DEL PROYECTO

El Depósito de Relaves Explorador de la mina Selene, Unidad Operativa Explorador, está ubicada en el flanco oriental de la Cordillera Occidental, muy cerca de la divisoria de aguas continental, en el departamento de Apurímac (cerca de la frontera con Ayacucho), provincia de Aymaraes, distrito de Cotaruse y a 46 km al Este de la ciudad de Chalhuanca. El área de estudio esta localizado entre las coordenadas 699,800 E, 8'378,500 N y 700,700 E, 8'379,300 N y a una altitud promedio de 4,500 msnm (ver Plano Nº _1).

DISE/Q() Y CoNTROL DE CAUDAD DEL RECRECIMIENTO DEL DEPÓSfTO DE RELAVES ExPWRADOR

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FACUL TAO DE INGENIERIA CIVIL CAPITULO I: GENERALIDADES

El acceso a la zona de estudio es siguiendo la ruta Lima-Nazca (Carretera Panamericana Sur), continuando luego por la carretera Nazca-Abancay-Cusco hasta la altura del pueblo de lzcahuaca (antes de Chalhuanca) y finalmente siguiendo por una trocha carrozable por un lapso de 1.5 horas aproximadamente, siendo la distancia total aproximada a la zona del proyecto de 850 km.

El Depósito de Relaves Explorador esta ubicado a aproximadamente 1.5 km al Este de la planta concentradora y tiene un área de embalse aproximada de 8.0 ha (ver Plano Nº _9).

1.3 DESARROLLO DEL PROYECTO

Para desarrollar el proyecto del recrecimiento del Depósito de Relaves Explorador, tuvo que realizarse varios pasos previos y actuales, los cuales describimos a continuación desde su diseño inicial hasta su recrecimiento final:

a) Diseño Inicial realizado en Febrero de 2003, que comprendía tres etapas para la construcción del depósito. En la Etapa I se construiría un dique de arranque denominado Presa Explorador y para el recrecimiento del depósito se requeriría dos etapas posteriores (Etapas II y 111).

b) Construcción de la Etapa I del depósito, ejecutada entre Mayo y Setiembre de 2003. c) Informe de Ingeniería Conceptual, desarrollado en Mayo de 2005 para plantear una

segunda opción de recrecimiento a lo indicado en el inciso "a", la cual comprendía realizar el recrecimiento del depósito en una sola etapa.

d) Aprobación del Diseño de la Ingeniería Conceptual del recrecimiento, por parte de la Compañía Minera Ares (CMA) en Abril de 2005.

e) Diseño Definitivo del Recrecimiento del depósito, desarrollado en Julio de 2005. f) Construcción del recrecimiento del depósito (en una sola etapa), que comprendía la

sobre elevación de la Presa Explorador y la construcción de las Presas Laterales Nº 1 y 2 y del Canal Vertedero de Emergencia, ejecutadas entre Setiembre y Diciembre de 2005.

El presente informe comprende y se desarrolla preferentemente desde la parte

conceptual del recrecimiento del depósito hasta la construcción del mismo (inciso "c" a inciso "f').

DISEÑO y CONTROL DE CALJ0AD DEL RECRECIMIENTO DEL DEPé!srro DE RELAVES ExPLORAOOR BACH. JUAN JOSÉ FRANCO ZENoZAJN

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CAPÍTULO 11

CAPITULO 11: CARACTEJUSTICAS DE LOS DEPÓSll'OSDE REL4 VES

CARACTERÍSTICAS DE LOS DEPÓSITOS DE RELAVES

2.1 GENERALIDADES

El relave es un material residual sólido, cuyo tamaño varía entre la arena y limo, y proviene del proceso de concentración de minerales que son producidos, transportados y depositados en forma de lodo o pulpa al lugar destinado para su almacenamiento, denominado "Depósito de Relave", construido este en un lugar geográfico adecuado y contenido en muchos casos por uno o más diques. Los relaves contenidos por el Depósito de Relaves Explorador corresponden a los generados por el proceso de flotación en la extracción metalúrgica de los minerales de oro y plata (concentrados).

El proceso de concentración se inicia con el chancado del material proveniente de la mina, por medio de una serie de chancadoras (primaria, secundaria, etc) para ser reducido a tamaños menores a un milímetro. Seguidamente se añade agua al mineral molido, permaneciendo en forma de lodo (pulpa) a través del resto de la extracción. El paso siguiente se denomina flotación, donde pequeñas burbujas de aire adheridas a partículas que contienen el mineral que se desea extraer se elevan a la superficie de un tanque agitado. Finalmente el mineral es separado y el material de desecho que queda constituye el relave.

2.2 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS

Las características físicas de los relaves dependen fundamentalmente de la forma hidráulica de deposición, siendo esto importante para comprender el comportamiento del depósito ante los efectos de carga, infiltración y movimiento sísmico.

2.2.1 Forma de deposición

En los depósitos de relaves, la pulpa es descargada desde la cresta del dique, ya sea a través de grifos en línea espaciados más o menos de 1 O a 50 metros o por una reubicación periódica del extremo de la tubería de descarga, tal como se muestra en la

Figura 2-1 (a).

DISEÑO Y CONTROL DE CALIDAD DEL RECRECIMIENTO DEL DEPÓSITO DE RELAVES ExPLORADOR

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FACUL TAO DE INGENIERIA CIVIL CAPITULO//: CARACTERÍSTICAS DE LOS DEPóSTTOSDE REu VE'i

Conforme es descargada la pulpa, se forma una playa de leve inclinación que se extiende desde el punto de descarga hasta la poza de decantación, donde el agua remanente de la pulpa se acumula para luego ser recirculada a la concentradora.

De acuerdo al procedimiento de deposición de la pulpa se crean zonas de relave en el depósito, donde el material más grueso se asienta inicialmente y el más fino se coloca lejos de la playa. Se conocen estos materiales por la siguiente terminología:

Arenas: Llamados también arenas de relaves, relaves arenosos o relaves gruesos. Son materiales de diámetro mayores de 0.074 mm.

Lamas: 0.074 mm.

Llamados también relaves finos. Son materiales de diámetro menores de

Debido a esta forma de deposición se generan modelos hipotéticos de segregación por tamaño y permeabilidad, mostrados en la Figura 2-1 (b). Aunque este modelo en realidad es una figura más compleja y esta gobernado por los procedimientos de descarga. El grado actual de segregación por tamaño varía notablemente para cada depósito, de acuerdo a factores tales como la fineza de molienda, el contenido de sólidos, el caudal y el PH de la pulpa descargada. Además de influenciar en el talud y en la densidad in situ de los relaves.

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Figura 2-1: Deposición Hidráulica y Características de Descarga.

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ii) Descarga por capas

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2.2.2 Granulometría del Relave Global

CAPITULO 11: CARACTERÍSTICAS DE LOS DEPÓSllVS DE REJ..A VES

La granulometría del relave global queda determinada por el proceso de molienda en la concentradora, el cual generalmente se optimiza para maximizar la recuperación del metal, esto puede ser contraproducente, ya que da lugar a relaves que tienen características menos favorables para deposición. El relave global es el material producido en la concentradora antes de la descarga.

Es importante para las minas en el Perú, que la molienda debe basarse no solamente en una óptima recuperación del material sino en la óptima combinación de la deposición del relave, el método de minado y los factores de recuperación.

2.3 CARACTERÍSTICAS ESTRUCTURALES

Son aquellas características geotécnicas de los depósitos de relave que gobiernan su comportamiento frente a la estabilidad, infiltración y deformación, dependiendo notablemente de la predominancia de las arenas o las lamas y del grado de interestratificación.

2.3.1 Ángulo de Fricción Interna

Representa la resistencia al corte de los relaves, siendo en el caso de los relaves arenosos mayor en relación a la mayoría de los suelos naturales, debido a la angularidad de las partículas producto de la molienda. Sin embargo, las lamas son débiles y compresibles, con una baja resistencia al corte en condiciones no drenadas.

El relave del Depósito Explorador está clasificado según SUCS como arenas limosas no plásticas (relave grueso), y arcillas limosas de baja plasticidad (relave fino). Para la determinación del ángulo de fricción interna de estos materiales se puede tener en cuenta correlaciones empíricas existentes para suelos arenosos, debido a las características de plasticidad nula de la mayoría de las arenas limosas, correspondiente a los relaves gruesos. La correlación presentada a continuación, puede servir de referencia para estimar el ángulo de fricción en este tipo de materiales. Estas correlaciones están basadas en los valores " N " de resistencia a la penetración del ensayo de penetración estándar (SPT) y son presentadas en la Figura 2-2.

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FACUL TAO DE INGENIE RIA CIVIL CAPITULO 11: CARACTEJllSTICAS DE WS OEPÓSllVSDE REI.A VES

Figura 2-2: Ángulo de Fricción de Arenas en Función del Valor de N del SPT.

50 1

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45₁ - t

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- 1

o 10 20 30 40 50 60

Valor de N

En esta figura se puede observar que la correlación propuesta por Ohsaki (1950) proporciona una curva promedio a las otras presentadas por diversos autores. La fórmula empírica es la siguiente:

�=�20N1 +15

Donde:

<p = Ángulo de fricción interna del suelo.

N = Número de golpes por cada 30 cm de penetración del ensayo SPT.

N1 = Número de golpes corregido.

Los valores de N son corregidos por efecto de sobrecarga utilizando la siguiente expresión propuesta por Seed et al. (1984):

Donde:

N1 = Resistencia a la penetración estándar normalizada.

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FACUL TAO DE INGENIERIA CIVIL CAPITULO JI: CARACI'ERE/7CAS DE LOS DEPÓSTIVS DE REl.A VES

C N = Factor de corrección para normalizar la resistencia a la penetración a un

esfuerzo efectivo de sobrecarga de 1 kg/cm2_•

Liao y Whitman (1985) proponen la siguiente expresión para el cálculo del factor de corrección:

Donde:

a-0 = Esfuerzo efectivo vertical inicial en kg/cm2•

2.3.2 Permeabilidad

Las arenas de relave drenan por gravedad como consecuencia de la alta porosidad generada por el proceso de cicloneo; las lamas no responden al drenaje por gravedad debido a las altas fuerzas de capilaridad asociadas por el pequeño tamaño de las partículas.

Dependiendo de la presión efectiva a que están sometidos, la permeabilidad de los

relaves arenosos varía aproximadamente de 10-3 _{a 10-}4 _{cm/s, mientras que en las lamas}

varían de 10-5 _{a 10-}6 _cm/s.

La permeabilidad esta dada por la fórmula de Hazen's:

Donde:

K = Permeabilidad en cm/s

= _{Tamaño de la abertura en mm por donde pasa el 10% del material.}

Esta relación ha probado ser muy exacta para relaves de metales básicos y metales preciosos de todos los tipos. Proporciona la permeabilidad de estratos individuales, y no necesariamente del relave en conjunto, ya que depende de la interestratificación.

2.3.3 Densidad In Situ

La deposición hidráulica ordinaria de arena de relave y lamas produce bajas densidades in situ y condiciones sueltas y blandas, tal como lo indican los resultados del ensayo SPT

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FACULTAD DE INGENIERIA CNIL CAPITULO 11: CARACTERl1i77CAS DE ws DEPósrros DE RELAVES

(Seed et al.), con promedios típicos entre 5 a 1 O golpes/30 cm para las playas de arenas recientemente depositadas y entre 1 a 3 golpes/30 cm para las lamas.

2.4 CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS

Las características químicas pueden variar ampliamente de un yacimiento a otro,

dependiendo del tipo de mineral extraído, ocasionando variaciones en las características químicas de los relaves extraídos.

2.4.1 Relaves Sólidos

Las diferencias en la gravedad específica de las partículas de minerales individuales pueden afectar la distribución de varios minerales, incluyendo la pirita, de acuerdo a las diferentes fracciones de tamaño de relaves.

Se ha observado que durante el procesamiento de la concentradora las partículas sulfurosas más pesadas eran separadas preferencialmente con las partículas más gruesas (Villachica y Parra, 1980), en tal razón ello ocasionaba la sobremolienda de los sulfuros a partículas mucho más finas. Esto tiende a concentrar los minerales más pesados tales como la galena y pirita en las partículas finas de los relaves.

Este efecto de tamaño de partícula y densidad tiene influencia en la distribución granulométrica de la concentración del metal sólido dentro del depósito de relave, y las propiedades estructurales relacionadas con el tamaño de la partícula, tales como la permeabilidad y la retención de humedad por largo tiempo, también pueden afectar preferentemente la movilidad de cualquier especie metálica soluble así como la generación y movilidad de productos de los sulfuros.

2.4.2 Drenaje Ácido de Relaves

Es la ocurrencia de afluentes con PH bajos y ácidos (llegándose a niveles de PH cercanos a 2) y que son denominados también "aguas ácidas de mina", que viene a ser el efluente contaminado que resulta de la oxidación de las piritas (sulfuros) y otros sulfuros de ganga, en presencia de agua y oxígeno u otro agente oxidante, estando originalmente presentes dichos metales en el relave. La oxidación de los sulfuros da lugar a ácido sulfúrico y sulfato férrico que a su vez constituyen los agentes lixiviantes y oxidantes que

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disuelven otros metales y agravan el carácter contaminante de los efluentes generados en los depósitos de relave, tal como se esquematiza en la Figura 2-3.

Figura 2-3: Proceso de Generación e Infiltración de Drenaje Ácido de Mina.

preelpltael6n

Fu-ente de· geflerOCi6n de drenaje 6eldo

generad6n/neub'allzad6n del 6<:ido durante lo mlgroei6n

Además de la posible formación de aguas ácidas en las canchas de relaves, también se pueden forman aguas ácidas en las operaciones de mina subterránea, al pasar el agua de infiltración por zonas mineralizadas y, en los botaderos de desmonte o mineral estéril a causa de las infiltraciones naturales y las precipitaciones.

Es casi imposible detener completamente el proceso una vez que se ha iniciado y los

efectos de la acidificación pueden continuar por muchos siglos. Por ello, el tema del drenaje ácido de relaves es el problema más importante que afecta al medio ambiente

(riachuelos, suelo, flora y fauna) causado por la industria minera, más aun, es el más

dañino y difícil de tratar, y puede no ser evidente aun muchos años después del periodo

de cierre de operaciones. Entre las técnicas disponibles (03) para mitigar los efectos de drenaje ácido en depósitos de relaves tenemos: Tratamiento de Flujos Superficiales,

Disposición Subacuática y las Coberturas (ver Tesis de grado titulada: "Plan de

Abandono de Depósitos de Relave en la Zona de Casapalca", UNI-FIC 2001, páginas

102, 103, 128 y 129).

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FACUL TAO DE INGENIERIA CIVIL CAPITULO 11: CARACIFRÍ517CAS DE WS DEPósrros DE REu VEi

En la Tabla 2-1, se resumen las propiedades importantes de arenas de relave y lamas.

Tabla 2-1: Propiedades y Características de Arenas de Relave y Lamas.

Propiedades Arenas de Relave Lamas

Resistencia al corte Alta (esfuerzos efectivos) Baja (no drenado)

Compresibilidad Alta - moderada Moderada -baja

Drenaje por gravedad Relativamente rápido Sin drenaje por gravedad

(retención)

Compactación Moderada a buena Muy pobre

Susceptibilidad a la licuación Alto cuando esta saturada y Alta

baja si es compactada

Susceptibilidad a la generación - Muy alta - Muy baja

de ácidos (sólo físico) -Drena rápidamente - Retiene la saturación

-Alto ingreso de 02 - Poco ingreso de 02

-Mucha infiltración - Poca infiltración

En las Tablas 2-2 y 2-3 siguientes se resumen el ensayo de Balance Ácido-Base (ABA) y el ensayo mineralógico respectivamente, realizados al relave contenido por el Depósito Explorador y con sus correspondientes análisis de resultados mostrados en la parte inferior de dichos cuadros. Según el ensayo ABA, que permite determinar el potencial generador de aguas ácidas el PH de la pulpa es 7.15 y el potencial neto de neutralización

(NNP) es O.O. Además, de la Tabla 2-3 se puede observar que el relave prácticamente no tiene contenido de pirita (0.16%), por lo que se espera que no sean generadores de ácidos, sin embargo deberán hacerse en el futuro pruebas adicionales periódicas para corroborar esta afirmación (ensayo de lixiviado, ensayos ICP y granulometría de los relaves). Cabe precisar que la caracterización de los relaves es muy importante para el plan de cierre de los depósitos de relave.

Tabla 2-2: Resultados del Ensayo Balance Ácido - Base (ABA) de la Muestra de Relave del Depósito Explorador.

Parámetros Resultados

PH de pulpa 7.15

Clasificación de siseo (Fizz) Ninguno

Azufre total (%) No tiene

Azufre-sulfato(%) No tiene

Azufre-sulfuro calculado(%) No tiene

Potencial Ácido (kg CaC03/T) = AP

o

Potencial de Neutralización (kg CaC03/T) = NP

o

Potencial Neto Neutralizante NNP = NP-AP

o

NP/AP

o

FUENTE: Laboratorio de Análisis Químicos de la Sección de Ingeniería de Minas de la PUCP.

Criterios de Análisis de Generación de Aguas Ácidas (J. Cárdenas, 2001):

a) Primer Criterio:

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- Si el NNP > +20 kg de CaCO3/TM --+ No habrá drenaje ácido.

- Si el NNP < -20 kg de CaCO3/TM --+ Sí habrá drenaje ácido.

CAPITTJLO 11: CARAC1'ERÍS!7CAS DE LOS DEP_{ósrros DE REI""' VE<;}

- Si el NNP > -20 y NNP < +20 kg de CaCO3/TM --+ Puede o no haber drenaje ácido.

b) Segundo Criterio (Más exigente y aplicable):

- Si NP/AP :2: 3.0 --+ No habrá drenaje ácido.

- Si NP/AP < 3.0 --+ Sí habrá drenaje ácido.

Tabla 2-3: Análisis Mineralógico de la Muestra de Relave del Depósito Explorador.

Miner. Libres # Granos #Gr.X P.E. % Areal Liberación GGs prt OXsFe py ef Au cp

Gangas 1790 4654 98.7 99.74 98.7

Prous tita o o o o o

Óxidos de Fierro 4 14.6 0.31 88.89 0.31

Pirita 3 15.15 0.32 78.95 0.32

Esfalerita 1 4 0.08 100 0.08

Oro Nativo o o o o o

Calcopirita 1 4.2 0.09 61.73 0.09

Galena ?? o o o o

99.5

Min. Asociados Asociaciones

py-GGs 2 7.16 0.15 1 e(I) (11) 0.07 0.09

gn

o

GGs--gn?? 1 2.85 0.06 1e(IV) 0.05 0.01

GGs-cp 1 2.63 0.06 1e(I) 0.05

GGS-OxsFe 1 3.13 0.07 1 b(II) 0.03 0.04

Cp-prt 1 4.76 0.1 1 b(I) 0.05

GGs-Au 1 2.68 0.06 1a(IV) 0.05

Total 1806 4715.16 100 98.96 0.05 0.35

GGs prt OXsFe

. .

FUENTE: Laboratorio de Anáhs1s Químicos de la Sección de Ingeniería de Minas de la PUCP. Criterio de Severidad Relativa de Drenaje Ácido de Mina (J. Cárdenas, 2001)

Contenido de Pirita Sulfuración Masiva Reemplazo de Carbonatos

< 5%

-5- 15% Moderado

·-...

15- 25% Serio

> 25% Severo

2.5 TIPOS DE DEPÓSITOS DE RELAVES

Nada

Menor Moderado

Serio

o

0.05

o

0.41 0.08 o 0.14 0.01

py ef Au cp gn

Usualmente los depósitos de relave son construidos de acuerdo con el incremento en altura de los relaves en varias fases, esto para distribuir los gastos de capital a lo largo de vida útil del depósito. Son básicamente 3 tipos de depósitos de relaves elevados y tienen en común la particularidad de iniciarse con el dique de arranque (presa), construido de tierra o de relleno rocoso, y luego son rellenados con los relaves descargados o rellenos de préstamo, tal como se observa en la Figura 2-4. A continuación se hace una breve descripción de cada tipo de depósito.

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2.5.1 Aguas Arriba

CAPITULO //: CARACTERÍS17CAS DE LOS DEPÓSITTJS DE RELAVES

Consiste en la construcción progresiva de diques perimétricos sobre la superficie de acumulación de relaves precedentes, de tal forma que cada dique avanza sucesivamente hacia el interior conforme es levantado el depósito. Los materiales de relaves colocados mediante este método de crecimiento no son compactados, por lo tanto, no se espera que permanezcan estables bajo cargas sísmicas importantes.

2.5.2 Aguas Abajo

Son construidos colocando el material de relleno de la presa de arranque en el talud de aguas abajo, pudiendo ser de un, o una combinación de materiales siguientes: material de préstamo, material de roca de desmonte y material de relaves cicloneados. Las propiedades de estos materiales de relleno pueden ser especificadas y controladas para asegurar que sus características sean las adecuadas. Estos depósitos son similares a las presas de retención de aguas.

El Depósito de Relaves Explorador, desarrollado en este informe, corresponde a este tipo de depósito, construido con un dique de arranque denominado Presa Explorador y sobre­ elevado éste hacia Aguas Abajo, habiendo procedido los materiales de relleno del dique de arranque y de su recrecimiento, de canteras de préstamo cercanas.

2.5.3 Línea Central

Se construye colocando el relleno de la presa de arranque en el talud de aguas abajo y sobre la cresta de elevación previa. Este método comparte muchos de las características estructurales de los depósitos tipo "Aguas Abajo", pero usa menos material de relleno para alcanzar la misma altura.

Los materiales utilizados para las elevaciones sobre la cresta de la presa de arranque generalmente consisten de la descarga de la porción gruesa de relaves cicloneados o en algunos casos de préstamo. Los materiales de descarga de los ciclones o de relleno que conforman el sector de aguas abajo de la presa son generalmente compactados para incrementar la estabilidad en zonas con alto nivel de sismicidad; sin embargo, las presas constituidas por el método de línea central deben ser meticulosamente analizadas para evaluar su estabilidad bajo condiciones sísmicas.

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FAa.JLTAD DE INGENIERIA CNIL CAPITULO 11: CARAcrERé;11cAS DELOS DEPÓST/'OS DE RELA �·

Figura 2-4: Tipos de Depósitos de Relave Elevados.

(a) Método de Construcción del tipo "Aguas Arriba"

1. Lamas 3. Dique de arranque

2. Arenas 4. Línea de descarga elevada por incrementos

1

(b) Método de Construcción del tipo "Aguas Abajo" 1. Lamas

2. Arenas / Material de Préstamo/ Material de Roca de Desmonte 3. Dique de arranque

4. Drenaje

1

(c) Método de Construcción del tipo "Línea Central"

1. Lamas 4. Línea freática

2. Arenas / Material de Préstamo 5. Drenaje

3. Dique de arranque

4

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FACUL TAO DE INGENIERIA CNIL CAPITULO 11: CARACTERls!1CAS DE LOS DEPÓsrros DE REl--4 VES

Son evidentes las diferencias entre las cantidades de material de relleno para la construcción de estos tres tipos de depósitos, siendo favorable en la mayoría de los casos la construcción de los depósitos utilizando el método "Aguas Arriba". En la Figura 2-5 se observa que la cantidad de material de relleno que se coloca en el depósito tipo "Aguas Arriba" constituye la tercera parte de lo que se usa en el depósito tipo "Aguas Abajo", pero hay que enfatizar, que estas son las más inestables de las tres anteriormente mencionadas y que contradictoriamente este proceso de construcción es el que aún se emplea en muchas minas del Perú.

Figura 2-5: Comparación de los Volúmenes de Relleno para los Distintos Tipos de Depósitos de Relave.

1 H1

H2=H1

H3=H2=H1

a) Depósito tipo "Aguas Arriba·

A2=3A1

b) Depósito tipo "Aguas Abajo"

A3=2A1

e) Dep6s1to tipo "Lineo Central·

En la Tabla 2-4 se muestran los incidentes ocurridos en varios tipos de depósitos, incluyendo presas de almacenamiento de agua, donde se observa que los depósitos

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FACUL TAO DE INGENIERIA CIVIL CAPITULO 11: CARACTERÍSTICAS DE LOS DEPÓSllVSDE RELAVES

construidos con el método "Aguas Arriba" tienen el mayor porcentaje de incidencia (42%) mientras que en los depósitos construidos con el método "Línea Central" tienen el menor porcentaje de incidencia (6%).

Tabla 2-4: Incidencias por Tipos de Depósitos.

Tipo de Depósito Fallas Accidentes _Subterránea Agua Total

-Aguas Arriba 48 27 2 77

-Aguas Abajo 6 18 3 27

- Línea Central 1 9 1 11

- Retención de agua 16 9 6 31

- Desconocido 35 3 1 39

Total 106 66 13 185

FUENTE: USCOLD (United States Committee on Large Dams), 1994.

Por otro lado, en la Tabla 2-5 se muestran las causas de falla y accidentes ocurridos en los depósitos construidos con el método "Aguas Arriba". De los 76 casos mencionados, la falla por inestabilidad del talud y efectos de sismo representan el 66%, lo cual nos da una idea del pobre comportamiento de este tipo de depósito.

Tabla 2-5: Causas de Fallas y Accidentes en Depósitos de Tipo Aguas Arriba en el Mundo

Causas Fallas Accidentes Total %

- Desbordamiento ₇

o

- Inestabilidad del talud 17 8 25 33

-Sismo _{14 11 25} 33

- Cimentación 3 2 5 7

- Flujo de agua subterránea _{4 4 8} 11

- Estructural ₂ 1 3 4

- Erosión

o

- Desplome de mina

o

- Desconocido ₁

o

Total _{48 28 76 100}

FUENTE: USCOLD (United States Committee on Large Dams), 1994.

Además los depósitos de relaves del tipo "Aguas Arriba" no son definitivamente recomendados para las condiciones sísmicas del Perú. Una revisión de las fallas por licuación de los diques de los depósitos del tipo "Aguas Arriba" en operación sugirió que las fallas pueden ocurrir bajo aceleraciones puntuales del suelo con valores superiores a 0.15 g (Vick 1990), lo cual corresponde aproximadamente a una intensidad de VII grados

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FACUL TAO DE INGENIERIA CNIL CAPITULO//: CARACTER.iI,T/CAS DE WS DEPÓSlTOS DE REJ.AVES

en la escala modificada de Mercali (Trifunac y Brady 1975), esto demuestra lo dicho anteriormente.

De esta manera, con el propósito de evitar problemas de falla de depósitos de relaves, debe optarse por la utilización de tecnologías de deposición que garanticen su estabilidad, tanto física como química, a fin de poder cumplir de esta manera con los objetivos de protección ambiental.

Además, los diseños de depósitos de relave deben considerar todas las etapas de vida del depósito, incluyendo la construcción, operación, cierre y abandono. Desde el punto de vista ambiental, el periodo de abandono es el más crítico, ya que pueden ocurrir problemas de estabilidad debido a la precipitación o caudales excepcionales, así como el de drenaje ácido.

DISEÑO Y CONTROL DE CALIDAD DEL RECRECIMIENTO DEL DEPÓSITO DE RELAVES ExPLORADOR

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CAPITULO 111:

ANTECEDENTES Y ESTUDIOS BASICOS PARA EL RECRECIMIENTO DEL DEPóSITO DE RELAVES ExPLORADCR

CAPÍTULO 111:

ANTECEDENTES Y ESTUDIOS BÁSICOS PARA EL RECRECIMIENTO DEL DEPÓSITO DE RELAVES EXPLORADOR

3.1 GENERALIDADES

Muchos de los depósitos de relaves en el Perú están ubicados en las zonas altas de los Andes, por conveniencia, muy cerca de las minas y de las plantas concentradoras, permitiendo la geografía del país en muchos casos la facilidad en el transporte del relave.

La elección del lugar de ubicación de un depósito de relave esta ligada a aspectos como su capacidad de almacenamiento, su potencial de expansión, la caracterización geológica del lugar, las condiciones climáticas e hidrológicas del área de interés, las condiciones sísmicas del sitio, la determinación de las condiciones geotécnicas, la selección del tipo de presa o presas (dique de arranque), la distancia máxima hasta la planta y la correspondiente longitud de la línea de conducción de relaves, la diferencia de elevación entre el depósito y la planta, el volumen de material de relleno de la presa o presas, etc. Todos los aspectos anteriores sumados a la evaluación técnica, económica, ambiental y social correspondientes, son las que determinan en definitiva, la localización finai del depósito de relave.

Sin embargo, existe una disponibilidad limitada en la deposición, ubicándose los depósitos de relaves a lo largo de quebradas, o situándose en algunos casos, en cauces principales o tributarios de los ríos más cercanos. En estas circunstancias, los problemas de estabilidad física se complican, más aun si se considera la gran actividad sísmica de la

Sierra del Perú.

Por otro lado, los depósitos debido a su extensa deposición se localizan en grandes áreas, pudiendo ubicarse dentro de fallas geológicas activas o potencialmente activas, o dentro de quebradas propensas a inundaciones en el caso de ocurrir eventos extraordinarios, que de producirse tales acontecimientos, se generarían problemas de estabilidad física, como fenómenos de licuación, tubificación y erosión; además de efectos ambientales como la generación de aguas ácidas.

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CAPITULO 11/:

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FACUL TAO DE INGENIERIA CIVIL ANTECEDENTES Y ESTUDIOS BASICOS PARA EL RECRECIMIENTO DEL DEPóSITO DE RELAVES ExPL0RADOR

En tal sentido, se requieren estudios básicos y preliminares para el diseño de depósitos de relaves, los mismos que deben de garantizar la estabilidad física y química de los mismos, antes, durante y después de la etapa de operación del depósito, cuidando en todo momento que se produzca el nulo y mínimo impacto ambiental sobre el ecosistema circundante.

En los acápites subsiguientes se presentan los antecedentes del proyecto de recrecimiento del Depósito de Relaves Explorador, descritos desde su concepción original hasta la etapa de diseño definitivo. Luego se describe y evalúa las dos (2) alternativas de recrecimiento de dicho depósito, eligiéndose para ello la alternativa más conveniente, y finalmente se presenta todos los estudios básicos y preliminares efectuados entre Mayo y Julio de 2005 para su recrecimiento (en una sola etapa), cuya sobre-elevación conlleva la construcción de cuatro (4) estructuras: recrecimiento de la Presa Explorador, Presas Laterales Nº _{1 y 2 y un canal vertedero de emergencia.}

3.2 ANTECEDENTES

Compañía Minera Ares S.A.C. (CMA) contrató en el año 2002 a la empresa consultora AMEC Perú S.A. para que desarrolle la ingeniería de detalle del Depósito de Relaves Explorador.

En febrero de 2003, AMEC presentó el informe final de dicho estudio, el mismo que contemplaba la construcción del depósito de relaves en tres etapas (Etapas 1, 11 y 111), para el almacenamiento de un total de 1.26 Mt (millones de toneladas) de relaves que serían producidos a una tasa de 126,000 Uaño, con una capacidad de tratamiento de la

planta concentradora de 500 Ud, un ciclo de operación de 252 diaño (21 dimes) y con un

tiempo de vida útil total de 1 O años; 3 años para cada una de las dos primeras etapas y 4 años para la última etapa.

Entre mayo y setiembre de 2003 se dio inicio a la Etapa I del depósito, con la construcción de la Presa de Arranque Explorador.

Como consecuencia de la ampliación de la capacidad de tratamiento de la planta concentradora de 500 a 750 Ud, se incrementó la producción de relaves de 126,000 a 189,000 Uaño, con lo cual la vida útil de la Etapa I se redujo en aproximadamente un año,

DISEÑO y CONTROL DE CALJOAD DEL RECRECIMIENTO DEL DEPósrro DE RELAVES ExPL0RADOR

CAPITULO 111: UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERfA

FACUL TAO DE INGENIERIA CIVIL ANTECEDENTES Y ESTUDIOS 8ASICOS PARA EL RECRECIMIENTO DEL DEPóSITO DE RELAVES ExPLORADCR

razón por la cual se vio la necesidad de dar inicio al recrecimiento del depósito a la brevedad posible.

A continuación describimos las dos (2) alternativas de recrecimiento para el Depósito de Relaves Explorador, la Primera Alternativa se refiere al diseño realizado por AMEC en febrero de 2003 (Etapas II y 111), mientras que la Segunda Alternativa es la otra opción de recrecimiento del depósito realizado en Julio de 2005, de las cuales se elegirá la opción que técnica, económica y vialmente sea la mejor.

3.2.1 Descripción del Proyecto - Primera Alternativa

El proyecto desarrollado por AMEC (Feb, 2003) considera la construcción del Depósito de Relaves Explorador en tres etapas, las cuales describimos a continuación por cada una de las ellas:

1 Etapa

- Construcción del dique de arranque o Presa Explorador, el mismo que tendrá una altura máxima de 19.5 m (medido en su eje) y una elevación de cresta a 4,561.5 msnm. Los taludes de la presa tendrán una inclinación hacia la cara de aguas arriba del dique de 2.0(H):1.0(V) y de 2.5(H):1.0(V) para la cara de aguas abajo.

- La sección de la presa de arranque se dividió en tres zonas, las mismas que deberían de proceder de canteras autorizadas, siendo: la zona de aguas arriba conformada por el núcleo de baja permeabilidad (Zona A), la zona inferior de aguas abajo hasta la elevación 4,548.0 msnm, conformada por el relleno de excavación y manto de drenaje (Zona 8), y la zona superior de aguas abajo conformada por el relleno general del cuerpo de la presa (Zona C). En la Figura 3-1 se muestra el Huso Granulométrico de los materiales para la conformación del dique de arranque, referidas a las Zonas A, B y C mencionadas.

- Construcción de un Aliviadero de Emergencia ubicado cerca al estribo izquierdo de la Presa Explorador, con la finalidad de evacuar las aguas que eventualmente podrían ingresar al área de embalse, incluyendo el caudal de la avenida máxima probable (AMP). La cota de rasante del aliviadero estará a 4,560.5 msnm, 1.0 m por debajo de la elevación de la cresta del dique de arranque. El aliviadero tendrá 100 m de longitud y estará constituido por un canal trapezoidal excavado en terreno natural, que tiene una pendiente de 1.0%, siendo su sección transversal de 2.0 m de ancho, 0.4 m de altura y taludes de 0.25(H): 1.0M. Contará además con un encauzamiento al ingreso y a la

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

FACUL TAO DE INGENIERIA CNIL ANTECEDENTES Y ESTUDIOS BASICOS PARA EL RECRECIMIENTO DEL DEPÓSITO DE RELAVES ExPL0RADOR

salida con un ensanchamiento gradual e incremento de la pendiente a 5.0%, para reducir el tirante hidráulico de las aguas evacuadas, antes de su entrega a los cauces naturales.

- Para reducir las filtraciones a través de la Presa de Arranque Explorador, ésta será recubierta con una geomembrana de polietileno de alta densidad (HOPE) de 1.5 mm de espesor, la misma que se extenderá sobre la cara aguas arriba de la presa desde el anclaje en la cresta hasta 11 m del pie del talud de aguas arriba y anclada dentro del relleno de anclaje de núcleo (ver Plano Nº _5).

- Construcción de un sistema de derivación de aguas, consistente en dos canales de desvío ubicados en las márgenes derecha e izquierda del depósito, para reducir el área efectiva de captación que drena hacia el depósito de relaves, los mismos que fueron diseñados para el caudal de escorrentía de avenidas de 24 horas de duración, para un

período de retorno de 1 :500 años, para toda la vida útil del depósito. Las

características geométricas de los canales derecho e izquierdo del depósito se muestran en el Plano Nº _{2. El agua de escorrentía captada por el canal derecho es}

evacuada por el estribo derecho, aguas abajo del eje de la presa, mientras que el agua de escorrentía captada por el canal izquierdo se evacua a través del extremo sureste del embalse.

- Cabe indicar que durante el programa de investigación del diseño, se instalaron cuatro piezómetros de tubo abierto (Die, 2002): dos en la eje de la presa de arranque, uno aguas abajo de dicha presa y uno en el eje del aliviadero de emergencia, los cuales tuvieron la finalidad de registrar los niveles de agua y permitir el muestreo de agua subterránea en la cimentación de las presas y aguas abajo de ésta.

- Se deberán de realizar los trabajos de instrumentación del depósito siguientes:

• Extensión de los tres piezómetros de tubo abierto, 0.5 m por encima del nivel final de relleno, ubicados en el eje y aguas abajo de la Presa Explorador. El piezómetro ubicado al costado del aliviadero no deberá ser extendido, por no ser necesario.

• Instalación de cinco piezómetros de cuerda vibrante instalados en el núcleo de baja permeabilidad, a 8 m aguas arriba del eje de la presa, distribuidos a lo largo de la sección de mayor altura de relleno.

• Instalación de dos piezómetros de cuerda vibrante instalados en la grava arcillosa de cimentación, a 8.0 m aguas arriba del eje de la presa, en las secciones de mayor altura de relleno.

• Instalación de tres piezómetros de cuerda vibrante instalados en la roca de cimentación, aguas abajo de la presa, a aproximadamente la mitad del talud.

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